Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1 Эффективность применения удобрений на склоновых участках 10
1.2 Влияние неравномерности внесения удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур 15
1.3 Факторы, влияющие на работу машин с центробежными рабочими органами на склоне 22
1.4 Анализ теоретических исследований технологического процесса работы центробежного рабочего органа на склоне 32
1.5 Выводы и задачи исследования 40
2. Теоретические исследования параметров центробежного рабочего органа 42
2.1 Движение частицы удобрений по опорной поверхности рабочего органа 42
2.2 Обоснование рациональной формы центробежного рабочего органа для работы на склонах 52
2.3 Движение частицы тука по поверхности выбросной лопасти 58
2.4 Дальность полета частиц, выброшенных на поверхность склон... 62
2.5 Затраты мощности на сообщение кинетической энергии частицам удобрений для схода с центробежного диска 66
3. Программа и методика экспериментальных исследовании 72
3.1 Задачи экспериментальных исследований 72
3.2 Программа экспериментальных исследований 73
3.3 Методика экспериментальных исследований
3.3.1 Лабораторные исследования 73
3.3.2 Лабораторно-полевые исследования 75
3.3.3 Порядок проведения опытов 79
3.3.4 Методика обработки опытных данных 83
3.4 Применение математического планирования эксперимента при исследовании распределяющих рабочих органов 85
4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 88
4.1 Характеристика исходного материала 88
4.2 Распределение минеральных удобрений в зоне рассева 92
4.3 Влияние кинетической энергии рабочего органа на неравномерность распределения удобрений на склоне 100
4.4 Влияние склона на дальность полета минеральных удобрений 106
4.5 Результаты много факторного эксперимента по исследованию неравномерности внесения удобрений на склоне 109
4.6 Анализ факторов, влияющих на рабочую ширину и неравномерность распределения удобрений на склоне
4.6.1 Результаты много факторного эксперимента по исследованию неравномерности внесения удобрений на склоне 118
4.6.2 Математические модели технологического процесса распределения удобрений по поверхности поля
4.7 Анализ и графическая интерпретация уравнений регрессии 126
4.8 Влияние неравномерности распределения удобрений на величину урожая 129
4.9 Методика расчета центробежного аппарата к машинам для внесения удобрений на склонах 131
5. Реализация результатов исследования и экономическая эффективность внедрения 135
5.1 Экономическая эффективность разбрасывателя с экспериментальным рабочим органом 135
Заключение 142
Список литературы
- Анализ теоретических исследований технологического процесса работы центробежного рабочего органа на склоне
- Движение частицы тука по поверхности выбросной лопасти
- Лабораторно-полевые исследования
- Анализ факторов, влияющих на рабочую ширину и неравномерность распределения удобрений на склоне
Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что почвы склонов, сформированные в условиях пересеченного рельефа, подверженные воздействию водной эрозии, характеризуются, как правило, пониженным плодородием и нередко неблагоприятными агро-экологическими условиями для выращивания сельскохозяйственных культур.
Следовательно, сегодня и на ближайшую перспективу крупной проблемой земледелия и очень важным резервом в решении продовольственной программы является эффективное использование склоновых земель.
Эффективность минеральных удобрений на смытых почвах на 20–40 % выше, чем на не смытых, в связи с чем необходим дифференциальный подход к внесению удобрений.
В настоящее время на долю основного внесения приходится около 65 % объема минеральных удобрений. В России и за рубежом наибольшее распространение для проведения этой операции получили машины с дисковыми центробежными аппаратами. Новая концепция привода и электронное управление машин для внесения удобрений повышают точность и эффективность работы таких агрегатов. Недостатками разбрасывателей общего назначения являются большая неравномерность и асимметричность распределения удобрений на склонах, что приводит к снижению урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур. Поэтому задача совершенствования технологий и средств механизации для поверхностного внесения минеральных удобрений на склоновых участках является актуальной и имеет важное хозяйственное значение.
Степень разработанности темы. Существенный вклад в совершенствование конструкции и технологического процесса работы центробежного аппарата к машинам для внесения удобрений внесли отечественные и зарубежные ученые: В. В. Адамчук, П. М. Василенко, Н. И. Волошин, Е. А. Губарев, М. Г. Догановский, А. А. Докучаев, В. П. Забродин, Б. Л. Кушилкин, Г. И. Личман, Н. М. Марченко, С. И. Назаров, Т. В. Румянцев, В. В. Рядных, А. Н. Седашкин, В. С. Сергеев, В. А. Черноволов, А. Е. Шебалкин, С. И. Щербаков, В. И. Якубаускас, Ю. И. Якимов и др. Благодаря им накоплен громадный теоретический и экспериментальный материал. Наиболее полно исследован технологический процесс работы таких центробежных аппаратов, у которых подача сыпучего материала осуществляется перпендикулярно к плоскости вращения диска поперек лопастей. Однако наблюдения за их работой показали, что этот вид подачи на диск далек от совершенства, особенно при внесении удобрений на склоновых участках. Основная причина заключается в том, что на технологический процесс работы оказывает влияние целая группа факторов, таких как физико-механические свойства материала, технологические параметры дозирующего устройства, место подачи на лопасти диска и ряд других. Уменьшить их влияние можно за счет совершенствования конструкции центробежного рабочего органа и повышения эффективности его работы.
Исследование выполнено в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Института механики и энергетики ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» по теме «Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы», отвечающей приоритетным научным работам вуза (ПНР–1 № 28/2010 «Энергосбережение и новые материалы»).
Цель исследования. Повышение эффективности процесса внесения минеральных удобрений на склонах машинами путем совершенствования центробежного рабочего органа, обоснование энергетических параметров и режимов работы.
Объект исследования. Технологический процесс распределения туков с использованием предложенного центробежного рабочего органа к машинам для поверхностного внесения минеральных удобрений на склоновых участках.
Предмет исследования. Закономерность влияния конструктивных
параметров и режимов работы рабочего органа на качественные и энергетические показатели работы машины для внесения минеральных удобрений на склоновых участках.
Научная проблема заключается в снижении асимметричности площадей распределения минеральных удобрений центробежными рабочими органами вверх и вниз по склону от оси прохода агрегата при работе на склоновых участках.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
– аналитические зависимости, определения конструктивных параметров и режимов работы центробежного рабочего органа к машинам для внесения минеральных удобрений при работе на склоновых участках;
– уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс распределения частиц минеральных удобрений рабочим органом вверх и вниз по склону с учетом гранулометрического состава и конструкции рабочего органа;
– методика расчета рациональных конструктивных и кинематических параметров рабочего органа машин для поверхностного внесения минеральных удобрений на склоновых участках;
– результаты сравнительных экспериментальных исследований
центробежного рабочего органа для поверхностного внесения минеральных удобрений на склонах и серийных аппаратов.
Научную новизну работы представляют:
-
Полученные закономерности истечения сыпучего материала вдоль поверхности рабочего органа от момента поступления с бункера до момента конечного схода без удара и разрушения гранул;
-
Обобщенная методика расчета рациональных конструктивных и кинематических параметров центробежного рабочего органа машин для внесения минеральных удобрений на склонах;
-
Конструкция центробежного рабочего органа машин для поверхностного внесения минеральных удобрений на склоне, обеспечивающая равномерность их распределения согласно агротехническим требованиям;
-
Регрессионные математические модели, адекватно описывающие процесс распределения частиц минеральных удобрений рабочим органом по поверхности почвы с учетом их гранулометрического состава, особенностей конструкции рабочего органа и рельефа поля.
Практическую значимость работы представляют:
1) Закономерности истечения сыпучего материала вдоль поверхности рабочего органа от момента поступления до момента конечного схода без удара и разрушения гранул;
-
Методика расчета рациональных конструктивных и кинематических параметров центробежного рабочего органа машин для внесения минеральных удобрений на склонах;
-
Конструкция центробежного рабочего органа машин для поверхностного внесения минеральных удобрений на склоне, обеспечивающая равномерность их распределения согласно агротехническим требованиям.
Новизна технического решения подтверждена двумя патентами на полезные модели РФ: № 131937 («Рабочий орган для разбрасывания минеральных удобрений на склонах» от 18.12.2012 г.), № 134733 («Разбрасывающий орган для внесения органических удобрений»).
4) Регрессионные математические модели, адекватно описывающие процесс
распределения частиц минеральных удобрений рабочим органом по поверхности
почвы с учетом их гранулометрического состава и рельефа поля.
Методы исследования. Теоретические исследования движения частиц удобрений по поверхности рабочего органа, основанные на системе дифференциальных уравнений непрерывного схода частиц удобрений от момента поступления на рабочий орган до момента конечного их схода без удара и разрушения гранул. При проведении исследований использовались известные теоретические положения о закономерности движения сыпучих материалов и математический анализ. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и полевых условиях с использованием отраслевых и частных методик, действующих ГОСТов и ОСТов, теории планирования многофакторного эксперимента, а также специально изготовленного оборудования. Полученные результаты обрабатывались на ПЭВМ с применением современного программного обеспечения (в пакетах Microsoft Excel).
Реализация результатов исследования.
Разработанный центробежный рабочий орган внедрен в хозяйства КФХ «Адмайкин В. И.» (с. Кочкурово, Республика Мордовия) и ООО «ЛАША» (с. Ардатово, Республика Мордовия) путем модернизации базового разбрасывателя для поверхностного внесения минеральных удобрений. Результаты исследований используются в ОАО «МордовАгроМаш».
Личный вклад соискателя состоит в решении теоретических задач, получении и анализе результатов экспериментальных исследований и их интерпретации, написании научных статей и оформлении заявок на патенты и их реализации. При участии соискателя разработан и внедрен на предприятиях АПК республики новый центробежный рабочий орган к машинам для внесения минеральных удобрений на склоновых участках.
Апробация результатов. Основные положения работы и результаты исследований докладывались на ежегодных научных конференциях ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарва» «Огаревские чтения» (2010– 2015); Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии, средства механизации и технического обслуживания в АПК», г. Саранск, 2011; расширенном заседании кафедр сельскохозяйственных машин и основ конструирования механизмов и машин МГУ им. Н. П. Огарва; научных конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарва (2010–2015); VII Всероссийской научно-практической конференции «Основные направления развития техники и технологий в АПК», г. Княгинино,
2015. Экспериментальный образец рабочего органа и рекомендации по переоборудованию серийных разбрасывателей минеральных удобрений демонстрировались на республиканских выставках.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, 8 работ в материалах международных конференций, получены 2 патента на полезные модели: № 131937, № 134733.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений. Объем диссертации составляет 186 страниц машинописного текста, включая 11 таблиц и 31 рисунок. Список литературы составляет 146 наименований.
Анализ теоретических исследований технологического процесса работы центробежного рабочего органа на склоне
Как известно, смытые почвы обеднены в первую очередь органическими веществами из-за смыва плодородного слоя. Смыв почвы от одного ливня может достигать 330-350 т/га (или 2,5 см верхнего слоя). При этом смыв только 1 мм безвозвратно уносит с собой с 1 га 76 кг азота, до 24 кг фосфора и до 80 кг калия [14, 48, 49, 54, 80, 104.].
По подсчетам Научно-исследовательского института земледелия и защиты почв от эрозии, с каждого гектара пашни при небольших уклонах смывается до 4 т почвы, что при средней равновесной плотности 1,3 г/см3 соответствует слою в 0,3 мм, а с более крутых склонов - в 3-5 раз больше. Если учесть, что скорость естественного почвообразования, например для черноземов, равна 0,28 мм в год, то указанный смыв превышает допустимые (компенсируемые) величины [14, 54].
Сток воды со склонов и смыв почвы вызывают большие потери питательных веществ. По данным почвенного института им. В. В. Докучаева, только за одну весну теряется 8,7 т/га гумуса, 44,3 кг/га азота, 41,7 кг/га фосфора и 65,2 кг/га калия [9]. По подсчетам В. Д. Паникова, при смыве 1 мм слоя чернозема с 1 га теряется 76 кг азота, 24 кг фосфора и 80 кг калия, а для выращивания 10 ц зерна требуется в среднем 33 кг азота, 10 кг фосфора и 26 кг калия [48, 54, 118].
Под воздействием процессов эрозии на склоновых землях изменяется не только содержание азота, но и его гранулометрический состав. На эродированных почвах меньше всего содержится азота в минеральной форме. Легкогидролизуе-мый азот находится больше в минеральной форме, на эродированных почвах его количество равно 9,7 %, а неэродированных - 7,6 % [54].
Подвижность фосфора и калия в эродированных почвах также уменьшается. Подвижных форм микроэлементов в смытых почвах в 1,5-2 раза меньше, чем в не смытых [118, 130].
Вред, наносимый водной и ветровой эрозией, очень велик как в прямом действии - разрушение почв, так и в косвенном - ухудшение окружающей среды. На эродированных почвах урожайность культур снижается: на слабосмытых на 10-15 %, на среднесмытых на 14-15 % и на сильносмытых на 40-60 % [49, 64, 104].
Остаются нерешенными в научном плане и многие другие вопросы использования склоновых земель. Исследования показали, что по механическому составу склоновые земли становятся более тяжелыми, водоустойчивость агрегатов крупнее 0,25 мм в несмытых почвах составляет 33 41 %, слабосмытых - 8-12 %, среднесмытых - 7 % и сильносмытых -6 % [118, 119].
По данным Н. А. Сапожникова и М. Ф. Корнилова, повышение плотности почвы ухудшает рост корневой системы, а избыточное поступление катионов в растение нарушает белковый и углеродный обмен, уменьшает фотосинтез, что значительно снижает действие удобрений и урожайность сельскохозяйственных культур на склоне. На склоновых землях меняются не только водно-физические, но и агрохимические свойства. Это в первую очередь относится к гумусу и общему азоту. Если на неэродированных почвах содержание гумуса принять за 100 %, то на слабоэродированных оно составит 80,5 %, среднеэродированных - 61,5 %, сильноэродированных - 42,5 % [122].
Для поднятия плодородия эродированных почв необходим комплекс мер, это: - внесение достаточного количества доступных растениям питательных веществ, чтобы получить планируемую урожайность с учетом степени эродирован-ности почвы; - создание условий для повышения водопроницаемости почвы, благоприятного водного режима и эрозионноустойчивой структуры почвенных агрегатов; - ежегодное внесение на эродированные почвы свежего органического вещества, создание условий для ускоренного накопления гумуса и поддержание его на уровне, свойственном аналогам несмытых почв; - повышение способности эродированных почв обеспечивать максимальное поступление и экономное расходование влаги, питательных веществ, а также требуемые для растений газовый и термический режимы; - создание благоприятных условий для активной жизнедеятельности полезной микрофлоры; - предупреждение загрязнения почвы пестицидами, нитратами и промышленными отходами, своевременная их нейтрализация.
Значимость органических и минеральных удобрений в повышении плодородия эродированных почв во всех почвенно-климатических районах Нечерноземья во много раз больше, чем на черноземных почвах. Эффективность удобрений в Нечерноземной зоне тем выше, чем оптимальнее кислотность почвы. От этого также зависят физические свойства почвы и интенсивность ее противоэрозионной защиты.
Внося минеральные удобрения, можно быстро удовлетворять потребности растения в питательных веществах. Роль гумуса и свежего органического материала, поступающего в почву, значительно сложнее. Органическое вещество регулирует ряд физико-химических реакций, благодаря которым предупреждается вымывание элементов питания и обеспечивается подача NPK и других веществ для растений в возрастающих количествах соответственно их развитию и увеличивающимся потребностям, повышаются противоэрозионная стойкость почвы, регулирование баланса угольной кислоты в приземном слое.
Почвенным институтом им. В. В. Докучаева установлено, что на суглинистой дерново-подзолистой эродированной почве Московской области по мере увеличения количества гумуса в почве и уменьшения уклона урожайность озимой ржи (без минеральных удобрений) изменялась в следующем порядке: при количестве гумуса 1,63 % (уклон поля 5,5) он составлял 2,7 ц/га, при 2,21 % гумуса (уклон 3,5) - 8,3 ц/га, а при 2,36 % (уклон поля 0,5) - 21,4 ц/г [54, 90, 104].
Движение частицы тука по поверхности выбросной лопасти
Теоретические и экспериментальные исследования процесса работы центробежных дисковых аппаратов выполнены многими учеными [3, 13, 17, 25, 32, 34, 36, 55, 67, 74, 82, 105, 116, 127, 129, 134, 135].
Общее решение дифференциального уравнения движения частицы по центробежному диску с прямыми лопастями, установленными под углом к радиусу на горизонтальной поверхности, рассмотрено П. М. Василенко [17].
Анализ ранее проведенных исследований показал, что в них рассматривалось движение удобрений по лопасти, определялся сектор метания, его положение, углы и скорость схода удобрений с диска и лопасти, когда плоскость, проведенная через окружности, описываемые любой точкой вращающегося диска, была всегда параллельна горизонтальному участку, а силы, действующие на частицу, расположенную в любом месте диска, постоянны.
Если же поверхность плоского диска наклонена относительно горизонта, то на частицу удобрений, расположенную в различных точках диска, действуют различные по величине и направлению силы.
Учитывая влияние угла наклона лопастей и склона на распределение и ширину рассева удобрений, нами рассмотрено приближенное решение дифференциального уравнения движения частицы вдоль лопасти при работе машины на склоне. Учитывая вышеизложенное, решение дифференциального уравнения проведено для вертикального расположения оси рабочего органа к поверхности склона [3].
Схема сил, действующих на частицу удобрений для определения относительной скорости движения вдоль лопасти
1. Центробежная сила Р = тгсо , которую в результате расположения лопатки под углом \j/i к радиусу можно разложить на составляющие - силу, направленную вдоль лопатки Р] = тгсо cosy/], и на силу, перпендикулярную к поверхности лопатки Р2 = тгсо siny/j. Силу Р] вторично разложить на составляющие по направлению лопатки Р± = тгсо2"ф1 cos а± и перпендикулярно к поверхности диска Р± = mrco2cosip1 sinct (а - угол между лопаткой и горизонтом). Составляющие Р2 и Р вызывают силы трения, равные соответственно Р2 = kmrco2 sin а±я Р± = kmrco2cosip1 sin а± (к - коэффициент трения материала о диск и лопатку, изготовленных из одного материала). 2. Сила тяжести G = mg, разлагающаяся на две составляющие: G\ = mgcosai, действующую перпендикулярно к поверхности диска и вызывающую силу трения G± = kmgcos а±, и G2 = rag sin а±, создающую сопротивление движению частицы в результате наклона лопатки к горизонту.
3. Сила Кориолиса Рк = 2moj cos а±, вызывающая силу трения Рк = 2кіп(л)І; cosat, действующую на боковой поверхности лопатки и направленную против движения частицы (f - путь, пройденный частицей по лопатке от начала at; подачи, а Ї, = — относительная скорость). Дифференциальное уравнение движения частицы в направлении лопатки имеет вид m f = Р± — Р2 — Р± — РК — G± — G2. (212) Подставляя значения перечисленных выше сил, уравнение (2.12) запишем в виде m f = тгй)2 cos ipt cos at — kmroj2 sin ipt — kmroj2 cos ipt sin at — —2kma) cos a± — mgsin a± — kmgcos а, (213) или f + 2k(x) cos ati; — rod2 cos ipt cos at + kroj2 cos ipt sin at + kroj2 sin ipt = — (sina-L + kcosa- ). (2.14) Рисунок 2.7 - Схема сил, действующих на частицу, движущуюся вдоль лопасти рабочего органа h0 = rHsimjjH = r0simjj0 = Rsimjj = const, (215) rcos ipt = r0 cosip0 + f cos at. (216) где h0 - линия, перпендикулярная проекции лопатки, проходящая через центр диска; гн - начальный радиус лопатки; г о - радиус подачи удобрений на диск; гн - переменный радиус движущейся частицы; ц)н - начальный угол ц/ между радиусом гн и проекцией лопатки; ц/о - угол наклона ц/ между радиусом г0 и проекцией лопатки; ц) - угол наклона лопатки между радиусом диска R и проекцией лопатки: f - путь, пройденный частицей по лопатке. Из уравнения (2.16) имеем с rcos\l)1 —r0 cos ip0
Решение уравнений позволило провести анализ основных кинематических характеристик движения частицы на центробежном диске (время движения, относительная, переносная и абсолютная скорости и момент схода частиц с диска, угол метания к горизонту) в зависимости от некоторых геометрических параметров диска, наклона лопастей и коэффициента трения удобрений (рис. 2.8).
Анализируя полученные значения перемещения и относительной скорости движения частиц, можно отметить, что с увеличением угловой скорости рабочего органа и времени нахождения частицы на поверхности выбросной лопасти величина перемещения и относительной скорости движения ее возрастают. Увеличение угла наклона выбросной лопасти к горизонту на 10 приводит к уменьшению как перемещения, так и относительной скорости движения частицы по ней. Чем больше значение угловой скорости рабочего органа, тем выше потери относительной скорости движения частиц. Аналогичная картина наблюдается и при увеличении коэффициента трения частиц удобрений о рабочую поверхность центробежного аппарата. 8 0
При работе на склонах дальность полета частиц будет отличаться от дальности полета на горизонтальном участке. Если диск параллелен к горизонтальной плоскости, то траекторией полета частицы без учета сопротивления воздуха будет парабола (рис.2.9), описываемая уравнением 2.33 [13]. їх = vt; \ , Qt2- (2.33) С учетом поверхности склона траекторию полета частиц можно определить из следующего выражения: где x, y — координаты траектории полета в момент времени t; v - скорость вылета частицы, м/с; ЇГ - высота точки вылета, м; g - ускорение свободного падения, м/с ; t - время полета частицы, с; а - угол склона поля, град.; у = +xtga - уравнение поверхности склона.
Лабораторно-полевые исследования
Анализ результатов экспериментов и построенного на их основе графического материала показал, что для экспериментального рабочего органа дальность полета частиц удобрений в сторону спуска и подъема незначительно отличается от их дальности при метании на горизонтальной местности. При 15 отклонение не превышает 0,1 м. Если метание происходит на подъем, то разность возрастает до1,15м(17 %). Тогда дальность полета на спуске и подъеме отличается не более чем на 1,25 м.
На основе достаточно высокой сходимости результатов расчета с экспериментом по подъему, аналогии методик получения математических зависимостей для подъема и спуска и техническими трудностями по проведению эксперимента на спуске можно заключить, что разность в теоретических и экспериментальных исследованиях по спуску не превысит их разности по подъему.
Таким образом, аппарат с изменяемым скоростным коэффициентом обеспечивает наибольшую стабильность ширины захвата.
Качественное распределение удобрений по поверхности почвы центробежным рабочим органом обеспечивается в основном правильной регулировкой и установкой скоростного коэффициента при внесении минеральных удобрений с учетом их вида и гранулометрического состава. Но так как партии различных видов минеральных удобрений отличаются своими свойствами и, в частности, гранулометрическим составом, то заранее невозможно определить оптимальную рабочую ширину захвата машины.
Частицы, имея неодинаковый гранулометрический размер, уже при разгоне рабочим органом получают различные скорости схода. Затем при свободном полете скорость их движения зависит от коэффициента парусности. В силу этих причин частицы улетают на неодинаковые расстояния, как правило, крупные дальше, а мелкие ближе к центру прохода машины. Это явление особенно заметно проявляется при внесении тукосмесей.
Нами проведены опыты по определению неравномерности распределения удобрений по ширине захвата агрегата при внесении их экспериментальной машиной при различных значениях скоростного коэффициента. Опыты проводились на рассеве нитрофоски и гранулированного суперфосфата и их смеси. Распределение суперфосфата по ширине захвата экспериментальным рабочим органом показан на рис. 4.8 . Как видно из рис. 4.8, характер распределения удобрений по ширине захвата у экспериментального разбрасывателя очень близок к нормальному распределению. В средней части полосы рассева туков значительно больше, чем по краям. Так же как и у серийного рабочего органа. Это приводит к некоторой неравномерности рассева, что снижает эффективность использования минеральных удобрений. Однако экспериментальный рабочий орган частично изменил характер распределения удобрений по ширине захвата. Это достигнуто за счет перераспределения удобрений со средней части полосы к краям и увеличения ширины разброса, за счет изменения скоростного коэффициента рабочих органов.
Экспериментальный рабочий орган позволил увеличить общую ширину захвата с 10 до 12ми уменьшить неравномерность распределения туков на общей ширине захвата с 30,5 до 24,3
Увеличение перекрытия смежных проходов для серийного разбрасывателя постоянно улучшает равномерность распределения удобрений, а для экспериментального картина несколько отличается. Первоначальное увеличение перекрытий смежных проходов обеспечивает снижение неравномерности. Исследование влияния нормы внесения туков на равномерность распределения центробежными аппаратами показали, что при ширине захвата 12 м увели 108 чение рабочих скоростей с 1,5 м/с до 2,2 м/с приводит первоначально к ухудшению равномерности распределения удобрений по поверхности поля. Дальнейшее увеличение рабочих скоростей с 2,2 до 3,0 м/с улучшает равномерность распределения удобрений. Такая зависимость характерна как для серийного разбрасывателя, так и для экспериментальной установки.
Увеличение подачи удобрений на серийный диск привело к росту неравномерности распределения удобрений с 36,6 до 58,4 %. Аналогичное изменение подачи удобрений на экспериментальный рабочий орган не приводит к существенному изменению качества распределения туков по поверхности поля.
Таким образом, проведенные нами сравнительные исследования работы центробежных аппаратов показали значительные преимущества предлагаемого рабочего органа перед серийным рабочим органом.
Рабочей орган предлагаемой формы позволит увеличить рабочую ширину серийного разбрасывателя МВУ - 0,5 (НРУ - 0,5) более чем в 1,4 раза и снизить неравномерность распределения минеральных удобрений при работе на склоне в 1,6-1,8 раза.
Таким образом, экспериментальный рабочий орган позволил увеличить ширину захвата с 8 до 12 м и уменьшить неравномерность распределения туков на общей ширине захвата с 50,0 до 24,0 %. Увеличение перекрытия смежных проходов экспериментального разбрасывателя улучшает равномерность распределения удобрений.
Перекрытие смежных проходов для экспериментальной машины наполовину или более общей ширины захвата позволяет обеспечить равномерность распределения до ± 15.
Для разбрасывателя с двухдисковым аппаратом эффективная ширина захвата составляла 12 м при неравномерности 24,7 %. Увеличение ширины захвата до 16 м ведет к нарушению агротребований в распределении удобрений (Н = 35,6 %).
Исследования разбрасывателя с экспериментальным рабочим органом на склоне показали, что при левостороннем наклоне эффективная ширина захвата равнялась 12 м, что на 0,5 м меньше в сравнении с равнинной местностью, но в 2,4 раза больше, чем с серийным рабочим органом. Неравномерность рассева удобрений практически сохранялась - 23,5%. Наряду с этим имеется некоторая несимметричность по ширине: слева - 9,75 м, справа - 9,25 м. При правом наклоне разбрасывателя симметричность рассева не нарушается. Эффективная ширина захвата составляла 12,5 м при неравномерности 24,2 %. Средняя эффективная ширина захвата разбрасывателя после двух проходов равна 12 м, что незначительно превышает значение этого же показателя на горизонтальной местности, но в 2,9 раза выше, чем эффективная ширина захвата этой машины с серийным рабочим органом.
Анализ факторов, влияющих на рабочую ширину и неравномерность распределения удобрений на склоне
Пределы варьирования угла склона приняли от 0 до 20, угол установки винтовой поверхности подающей лопасти - от 1,0 до 1,4. Повторность каждого опыта трехкратная. По полученным данным были рассчитаны коэффициенты регрессии и выполнена проверка на воспроизводимость опытов и значимости коэффициентов. Адекватное математическое описание зависимости проверено по формулам и представлено следующими уравнениями регрессии.
Для установления влияния конструктивно-технологических параметров на качество работы машины на склоне, а именно равномерность распределения минеральных удобрений вверх и вниз вдоль склона в соответствии с агротехническими требованиями +25 % нами проведены исследования. Исследования проводились в соответствии с методиками, описанными ГОСТ [28].
Пределы варьирования угла склона приняли от 0 до 20, скоростной коэффициент рабочих органов от 1,0 до 1,4. Повторность каждого опыта трехкратная.
При этом скоростной коэффициент рабочих органов задавался с помощью регулировки давления рабочей жидкости на гидромоторе и контролировался посредством установки частотоизмерительного датчика Д4В-1 на вал рабочего органа, сигнал принимался информационно-измерительной системой на базе тензо-усилителя, обрабатывался с помощью компьютерной программы KatManExpress. 4.5
Уравнения регрессии проверены на адекватность по критерию Фишера. Согласно расчетам, дисперсия адекватности Sm = 1,55, а дисперсия воспроизводимости SB0C= 0,695. Расчетный критерий Фишера составил: Е1еор=1,554 / 0,695 =5, а теоретический FTeop=19,3.
Таким образом, уравнение У2 адекватно, так как F =S /S 3Kc Freop=5 19,3. Оптимальный режим работы агрегата, при котором площади, засеваемые вверх и вниз по склону, будут равными, определим путем исследования уравнения регрессии, на экстремум относительно ХЬХ2. dy2/dx] = - 0,21 X] + 0,002 Х2 +1,276 =0 (4.15) dyi/dx2 = 0,002 Xi -0,008 Х2 +0,168 =0 (4.16) Решение системы определило значение факторов - угол склона (xi), скоростной коэффициент рабочих органов (х2), при соответствии которых площади засева будут равными. Подставим полученное значение в уравнение У2, определим минимальное расхождение площадей, которое составило 4,5 %. Анализ уравнения подтвердил, что наиболее значимым фактором, влияющим на равномерность распределения удобрений по площадям, является скоростной коэффициент рабочих органов. На основе математической модели построены поверхности отклика (рис. 4.12). Анализ поверхности дает возможность оценить равномерность засеянных площадей вверх и вниз по склону и угла склона.
Чтобы получить графическую интерпретацию результатов исследований, рассечем поверхность отклика параллельными плоскостями при определенных значениях выходных величин В = У. При этом в уравнении (4.15) фиксируем один из факторов и, задаваясь значениями второго фактора на разных уровнях от -1,215 до +1,215, получаем величину третьего фактора, соответствующую выбранному значению функции отклика.
Увеличение скоростного коэффициента рабочих органов, при некоторых значениях других факторов, вызывает возрастание выходной величины. Так, при а = 5,\/=1,1 рабочая ширина рассева удобрений достигает соответственно 12 и 20 м (рис. 4.13). При других значениях факторов, например, для а = 10 и ц/= - 1,2 рабочая ширина 12,0 м.
Так, для угла склона более 150 необходимо, чтобы скоростной коэффициент был не менее 1,3. При данных значениях получим равные площади, засеваемые удобрениями вверх и вниз по склону относительно оси движения агрегата. Таким образом, принятая рабочая ширина Вр = 8-12 м на гранулированном суперфосфате при склоне аск= 15-20, обеспечивается при скоростном коэффициенте рабочих органов \/ск= 1,3-1,4.
Влияние качества распределения удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур, возделываемых на склоне, определяли на дерново-подзолистой почве КФХ «Адмайкин В. И.» (с. Кочкурово, Республика Мордовия), ООО «НАША» (с. Ардатово, Республика Мордовия), что подтверждается актами о внедрении разработок в данных хозяйствах. Нитроаммофоску в количестве 200 кг/га вносили при двух уровнях неравномерности: серийным разбрасывателем МВУ-0,5 (НРУ-0,5) и экспериментальной машиной, с последующей заделкой почвообрабатывающими машинами. МВУ-0,5 (НРУ-0,5) - 30 %, а экспериментальной машиной ± 21 %. Урожайность ячменя на склоне составляла после внесения удобрений соответственно: МВУ-0,5 (НРУ-0,5) - 27,0 ц/га, экспериментальной машиной - 28,8 ц/га, то есть равномерное распределение удобрений способствовало увеличению урожайности. В местах распределения удобрений разбрасывателем МВУ-0,5 (НРУ-0,5) имелись полосы полегшего ячменя шириной 3-6 м. Влияние неравномерности распределения минеральных удобрений по поверхности почвы серийным разбрасывателем МВУ-0,5 (НРУ-0,5) и экспериментальной ма 130 шиной на урожай сельскохозяйственных культур определялось на подкормке многолетних трав. При подкормке многолетних трав аммиачной селитрой с нормой внесения 150-200 кг/га экспериментальной машиной с рабочей шириной захвата 12 м и неравномерностью распределения ± 15 % достигнуто повышение урожайности зеленной массы на 19 % выше в сравнении с участком, на котором подкормка осуществлялась разбрасывателем МВУ-0,5 (НРУ-0,5) с неравномерностью ± 30 % на рабочей ширине захвата 12 м.
Неравномерное созревание урожая, более поздняя готовность полей к уборке, снижение производительности уборочных машин, увеличение сроков уборки, самоосыпание зерна, потери при уборке из-за неподобранных колосьев и несре-занных стеблей - таковы последствия неравномерного распределения удобрений на склоновых участках. Причем эти последствия особенно проявляются в годы с большим количеством осадков. Результаты исследований приведены в таблице 4.8.